c++11 随机引擎和分布交互和成本

Question

我有一堆关于随机引擎和分布、它们的成本和交互的问题:

1. std::random_device 是一个昂贵的(可重构造的)对象吗？如果可能，我应该只为我的应用程序创建一个吗？
2. RandomNumberDistribution 对象是昂贵的对象还是主要依赖于具体分布？在我看来，例如 uniform_int_distribution 应该是包含分布范围 [min, max] 的非常轻的对象，并且可能是(？)一些内部状态。

3. random_device、random_engine 和distribution 之间的交互如何在下面的代码中工作:

   std::random_device rd;
   std::mt19937 gen(rd());
   std::uniform_int_distribution<> distr(1, 10);
   
   auto random_value = distr(gen);
   

最后一行发生了什么？ Distribution 从随机引擎获取下一个值，然后将其带到所需范围 [0, 10]？很明显，某些对象的内部状态应该在调用后修改:肯定是 random_device、random_engine 但是 uniform_int_distribution 是否也有一些内部状态？

Answer 1

1) 通常情况并非如此，初始化要么是微不足道的，要么与某些 PRNG 初始化相当，但是调用 operator() 可能会访问 OS 以获得安全的随机数，而且成本可能很高。

2) 主要取决于分布。它们包含分布参数(如果需要，您可以检索)和一些内部状态(IIRC 大多数实现不会理会它)可选。所以初始化分布就像初始化小型结构。

3) Distribution 对象调用 generators operator() 未指定次数(从 0 到 ∞ 次)并从中创建一个随机数生成器 生成的位序列。然后它返回生成的 bumber。 它可能会提升生成器状态，并可能将生成器产生的未使用位存储在分布内部状态中。

random_device，如果它实现为系统 RNG 的句柄，可能甚至没有内部状态。否则，它的状态在第二行前进，当您调用它的 operator() 生成随机数时，您将用作您的生成器的种子。